Data scientific structure search for ternary hydride high-temperature superconductors

高いフォノン振動数は、超伝導転移温度の向上に有利である。フォノン振動数はイオン質量の逆数にスケールするので、究極的軽元素たる水素が有利となる。この見立てを背景に、高圧印加で金属化させた圧力誘起の水素化物超伝導体が模索されている。先行研究では、元素種の組合せに関する場合の数が少なく探索範囲の狭い二元化合物にのみ展開されてきた。三元化合物にまで探索を拡げれば、高い転移温度を手にするチャンスは更に増し、実際、そうした物質も発見的に二、三見つかってはいるが、戦略的探索を画策すれば、場合の数は膨大で尻込みを招き、殆ど手がつけられていない。そこで本研究では、機械学習を駆使して、二元探索の範囲を超え、三元水素化物超伝導体でより高い転移温度を実現する超伝導体を見つけ出す試みを展開している。自身の結晶化学的な素養を活かし、固溶の熱力学的安定性、格子の動的安定性の両面が担保された新たな超伝導体を探索している。組成の候補を絞り込めば、それぞれの組成に対して遺伝的アルゴリズムによる結晶構造候補を生成し、圧力依存のエンタルピー値を評価して、比較することで、熱力学的に安定な結晶構造を決定することが可能である。ネックとなる組成候補の絞り込みに対して、三元相図上での安定相出現パターンについて一定の知見を見出しつつあり、これに基づいて物質探索を進めている。研究開始時までに［La／Y系］、［Y／Mg系］の三元水素化物超伝導体の発見に至っていたが、当該研究期間中には更に物質探索を進め、［Mg／Sc系］、［Y／Ce系］、［La／Ce系］について新規の超伝導体を発見した。3種の元素を組み合わせた超伝導体予測は、組み合わせが大量で難しい問題であるが、世界中で精力的に超伝導体探索の競争が繰り広げられる中、データ科学の手法をスパコンシミュレーションと組み合わせて次々と新しい組み合わせの発見が続く快挙となっている。

高いフォノン振動数は、超伝導転移温度の向上に有利である。フォノン振動数はイオン質量の逆数にスケールするので、究極的軽元素たる水素が有利となる。この見立てを背景に、高圧印加で金属化させた圧力誘起の水素化物超伝導体が模索されている。先行研究では、元素種の組合せに関する場合の数が少なく探索範囲の狭い二元化合物にのみ展開されてきた。三元化合物にまで探索を拡げれば、高い転移温度を手にするチャンスは更に増し、実際、そうした物質も発見的に二、三見つかってはいるが、戦略的探索を画策すれば、場合の数は膨大で尻込みを招き、殆ど手がつけられていない。そこで本研究では、機械学習を駆使して、二元探索の範囲を超え、三元水素化物超伝導体でより高い転移温度を実現する超伝導体を見つけ出す試みを展開している。自身の結晶化学的な素養を活かし、固溶の熱力学的安定性、格子の動的安定性の両面が担保された新たな超伝導体を探索している。組成の候補を絞り込めば、それぞれの組成に対して遺伝的アルゴリズムによる結晶構造候補を生成し、圧力依存のエンタルピー値を評価して、比較することで、熱力学的に安定な結晶構造を決定することが可能である。ネックとなる組成候補の絞り込みに対して、三元相図上での安定相出現パターンについて一定の知見を見出しつつあり、これに基づいて物質探索を進めている。研究開始時までに［La／Y系］、［Y／Mg系］の三元水素化物超伝導体の発見に至っていたが、当該研究期間中には更に物質探索を進め、［Mg／Sc系］、［Y／Ce系］、［La／Ce系］について新規の超伝導体を発見した。3種の元素を組み合わせた超伝導体予測は、組み合わせが大量で難しい問題であるが、世界中で精力的に超伝導体探索の競争が繰り広げられる中、データ科学の手法をスパコンシミュレーションと組み合わせて次々と新しい組み合わせの発見が続く快挙となっている。